針對(duì)機(jī)械防泄漏面狀態(tài)的研究

白金花 李科泉 王慶彬

摘 要：經(jīng)過實(shí)驗(yàn)探究可以知道，機(jī)械密封持續(xù)工作的時(shí)間長(zhǎng)短是由機(jī)械防泄漏面狀態(tài)決定的。我將機(jī)械防泄漏面摩擦從不同于以往的角度分析，得到了它在不同摩擦狀態(tài)下的工作情況，并且學(xué)會(huì)根據(jù)機(jī)械防泄漏性能高低的需求判斷它處于哪種摩擦狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械密封性能；摩擦狀態(tài)

1、簡(jiǎn)述機(jī)械防泄漏面機(jī)制的內(nèi)涵及原理：

不同摩擦狀態(tài)下的摩擦機(jī)制的組成是不同的：固體和邊界膜摩擦力組成了邊界摩擦狀態(tài)；流體內(nèi)摩擦狀態(tài)是流體摩擦狀態(tài)的重要組成部分；而由固體、邊界膜摩擦力、流體內(nèi)摩擦狀態(tài)三大部分組成的摩擦狀態(tài)是混合摩擦狀態(tài)。

從微觀角度觀察機(jī)械防泄漏面機(jī)制，可以觀察出防泄漏面的表面是一層平滑的薄膜，閉合力是由彈力和壓力共同構(gòu)成的，載荷與表面膜的微凸體的尖峰接觸，閉合力超出一定范圍，那么尖峰就會(huì)略過表面膜與固體直接碰觸，如果密封端面中薄膜間的間距較小，那么微凸體之間的空腔是間斷的，所謂的邊界摩擦狀態(tài)的實(shí)質(zhì)是閉合力直接作用在固體和表面膜之間。當(dāng)流體的動(dòng)力和靜力在閉合力的基礎(chǔ)上從被端面表面膜間厚度增大的微凸空腔上開始作用時(shí)，微凸空腔間開始大面積連續(xù)，而不再間斷，所謂的混合摩擦狀態(tài)就是指上述三力作用于表面膜、固體以及流體。當(dāng)閉合力與流體動(dòng)、靜這二力的合力都均衡時(shí)，那么微凸體的表面膜就不再受任何載荷的接觸，微凸空腔連成一片，所謂的流體摩擦狀態(tài)就是指微凸體不需要承受負(fù)重。三種狀態(tài)下的磨損量、摩擦因數(shù)以及法向載荷都呈正相關(guān)。

2、 分析四種摩擦狀態(tài)下的摩擦性能：

（1）邊界摩擦狀態(tài)：對(duì)于該種狀態(tài)而言，邊界膜是核心及關(guān)鍵，邊界膜是一種液態(tài)膜，其是由一種流體分子融接出來的，但是在這中間卻并沒有所謂的液體壓力，是因?yàn)榱黧w膜間的厚度普遍偏低，使得微凸空腔中的很多片段都沒有連接起來，一些部分直接與固體碰觸。本身邊界膜的光滑度決定了邊界摩擦性能的優(yōu)劣，而與其所謂的粘連度毫無關(guān)系。流體交換流動(dòng)理論是在邊界摩擦狀態(tài)學(xué)說下建立的，液體滲透到密封面上是通過單個(gè)的空隙，空隙在密封面上呈大面積地凹陷，而且這些空隙都是粗糙不光滑的，在空隙和凹槽間交換的液體是在剩下的壓力和向心力的作用下運(yùn)轉(zhuǎn)的。

（2）干摩擦狀態(tài)：由固體間的接觸程度直接來評(píng)判摩擦好壞，在整個(gè)過程中，絲毫不存在流體膜的作用。配合材料的好壞直接決定了固體與固體之間的磨損度。若在摩擦過程中，其接觸面有氣體和氧化性的固體物質(zhì)，則其會(huì)造成更大程度的破損，影響性能。

（3）流體摩擦狀態(tài)：穩(wěn)定潤(rùn)滑膜和滑動(dòng)軸承一樣，都可以使滑動(dòng)面分開，不能夠在機(jī)械密封端面內(nèi)直接觸碰。這種摩擦的大小明顯低于固體之間的摩擦，流體摩擦中也不存在固體摩擦，它產(chǎn)生于具備粘度的流體的運(yùn)轉(zhuǎn)，與邊界摩擦狀態(tài)不同的是，此種摩擦的大小與潤(rùn)滑劑的動(dòng)力粘度是有關(guān)的，當(dāng)然是在完全流體摩擦的情況下才會(huì)成立。在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，許多研究者都前仆后繼地探討潤(rùn)滑膜能否在空隙中長(zhǎng)時(shí)間存留，其實(shí)機(jī)械密封端面的空隙大小與潤(rùn)滑膜的凹陷厚度是差不多的，我們用儀器研究膜的形成過程及用精準(zhǔn)的儀器來測(cè)量膜的某些基本參數(shù)，但我們?cè)谶@個(gè)過程中，卻發(fā)現(xiàn)了流體的一些特殊形式的密封。

（4）混合摩擦狀態(tài)：混合摩擦狀態(tài)是在一種特定的接觸下，卻還蘊(yùn)藏著多種摩擦狀態(tài)，這主要是由于防泄漏端面厚度的逐漸縮小。在之前就已經(jīng)談到：防泄漏端面的接觸面在一定范圍內(nèi)是凹凸不平的，而液膜是相當(dāng)薄的，機(jī)械防泄漏的好壞其實(shí)和表面膜的高頻、低頻粗糙度有關(guān)，其實(shí)較三種摩擦狀態(tài)而言，混合摩擦更為常見，讓前三種基本的摩擦狀態(tài)兩兩組合，多者混搭，有很多迥異的情況。

3、根據(jù)性能需求判斷機(jī)械防泄漏面狀態(tài)的一些方法：

（1）根據(jù)潤(rùn)滑膜的深度來比較：機(jī)械防泄漏面的摩擦狀態(tài)及性能優(yōu)劣是與一定的潤(rùn)滑膜的深度相對(duì)應(yīng)的。端面綜合粗糙度是一個(gè)穩(wěn)定的值，這個(gè)值作為標(biāo)準(zhǔn)值基本不變。所以我們常用潤(rùn)滑膜的深度與端面的粗糙度商值來作為劃定機(jī)械防泄漏面狀態(tài)的衡量條件。當(dāng)其處于干摩擦狀態(tài)時(shí)，商值比0.4要小；當(dāng)其處于邊界摩擦狀態(tài)時(shí)，其大于0.4且小于1，當(dāng)其出于液體摩擦狀態(tài)時(shí)，其商值比3大；當(dāng)其處于混合摩擦狀態(tài)時(shí)，其商值恰好處于大于1小于3的范圍。

（2）圖表公式是來劃分狀態(tài)的有力武器，密封端面的凹凸不平面的深度與壓力有一定的相關(guān)性，我們可以運(yùn)用作圖在坐標(biāo)紙上畫出關(guān)系曲線，可以直觀地把各個(gè)狀態(tài)劃分出來。

（3）直接利用摩擦因數(shù)來比較，我們通過實(shí)驗(yàn)獲得在各個(gè)摩擦狀態(tài)下的摩擦因數(shù)，可以直接根據(jù)具體情況給定的摩擦因數(shù)來判斷摩擦狀態(tài)是上述四種狀態(tài)中的哪一種。

（4）利用相似準(zhǔn)數(shù)來判斷：流體膜的載重能力是可以用相似準(zhǔn)數(shù)來衡量的，它可以表現(xiàn)摩擦特性，在機(jī)械防泄漏面的受力中，我們首當(dāng)其沖地要考慮總承載能力和流體膜間的連接力。所謂的相似準(zhǔn)數(shù)其實(shí)是兩者的比值。而且比值的數(shù)量級(jí)相差很大，判斷摩擦狀態(tài)就更加明了。

4、機(jī)械防泄漏性能的好壞與摩擦狀態(tài)有著相當(dāng)深刻的關(guān)系

（1）流體膜的形成過程是與摩擦狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的。在機(jī)械端面表面粗糙不平或者高溫變形的條件下，會(huì)導(dǎo)致微凸體的空隙間有流體膜。

（2）摩擦狀態(tài)可以決定機(jī)械密封性能的好壞，如：干摩擦狀態(tài)由于是固體與固體間的作用，所以在此情況下機(jī)械的防泄漏性并不好。而混合摩擦因?yàn)榫邆淞斯腆w，流體靜、動(dòng)力的作用，所以是普通機(jī)械防泄漏時(shí)的最佳狀態(tài)。

5、結(jié)束：

通過我們對(duì)機(jī)械防泄漏面狀態(tài)的研究，我們得到了一個(gè)共識(shí)，機(jī)械防泄漏面狀態(tài)在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中相當(dāng)重要。我們可以根據(jù)機(jī)械防泄漏面的性能優(yōu)劣來判斷摩擦狀態(tài)，同時(shí)也可以用機(jī)械防泄漏面的摩擦狀態(tài)來決定機(jī)械性能好壞。機(jī)械摩擦狀態(tài)四大類的形成原理都各不相同，主要與流體膜的受力情況有關(guān)。而四大摩擦狀態(tài)在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中扮演的角色都不盡相同。機(jī)械防泄漏有普通的一般性要求，也有較高的密封性要求。由于干摩擦和流體摩擦對(duì)連接膜都有一定的磨損，所以在面對(duì)普通機(jī)械防泄漏要求時(shí)就顯得有些不足，混合摩擦狀態(tài)取長(zhǎng)補(bǔ)短，是普通機(jī)械防泄漏的不二選擇。

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